8路搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計(論文)</b></p><p>　　題 目 名 稱 8路搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　課 程 名 稱 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名

2、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　系 、專 業(yè) 電氣工程系電氣工程及其自動化 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　20

3、13年 11 月 20 日</p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　注： 1．此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；</p><p>　　2．此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：&l

4、t;/p><p>　　課程設(shè)計（論文）評閱表</p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué) 號 </p><p>　　系 電氣工程系 專業(yè)班級 11電本二班 </

5、p><p>　　題目名稱 基于PLC八路搶答器課程設(shè)計 課程名稱 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) </p><p><b>　　一、學(xué)生自我總結(jié)</b></p><p><b>　　二、指導(dǎo)教師評定</b></p><p>　　注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明

6、書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；</p><p>　　表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定.</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動

7、控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。PLC型搶答器是將PLC用于對搶答器的控制，主要是考慮其具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，可對目前使用的搶答器進行精確控制，特別是對多人搶答的控制可方便的實現(xiàn)。通過設(shè)計一個搶答器，使我們系統(tǒng)掌握可編程控制器的基本原理、功

8、能、應(yīng)用、程序設(shè)計方法和編程技巧，是我們掌握一些基本機型，掌握PLC控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用，并學(xué)習(xí)PLC編程的多樣性、靈活性，是我們掌握PLC在實際應(yīng)用中的控制作用、動作順序與原理，為今后從事自動化控制領(lǐng)域的工作打下堅實的基礎(chǔ)。同時，在設(shè)計過程中還能培養(yǎng)我們獨立工作能力與創(chuàng)造力，綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力，查閱圖書資料、繪圖、書寫報告的能力</p><p>　　關(guān)鍵詞：搶答器；梯形

9、圖；PLC</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　1 設(shè)計目的與要求2</p><p>　　1.1 設(shè)計目的2</p><p>　　1.2 設(shè)計要求2</p><p>　　2

10、 硬件電路設(shè)計.....3</p><p>　　2.1 搶答器整體功能的介紹...............................................................3 </p><p>　　2.2 PLC機型選擇步驟與規(guī)則3</p><p>　　2.3 控制要求分析5</p><p><b

11、>　　3 軟件設(shè)計7</b></p><p>　　3.1 I/O分配.......................................................................................7</p><p>　　3.2 外部接線圖8</p><p>　　3.3 根據(jù)控制要求進行梯形圖設(shè)計.

12、....................................................8</p><p>　　3.4 程序的安裝、下載和調(diào)試.......................................................10</p><p>　　4 課程實際總結(jié).12</p><p>　　5 參考文獻(xiàn).......

13、................................................................................13</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　在電視上我們會經(jīng)?？吹揭恍┲橇尨鸬墓?jié)目，如果要是讓搶答者用舉手等方法，主持人很容易誤判，會造成搶答的不公平，比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀的判

14、力競賽的電路裝置,該裝置由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組的輸入信號在顯示器上輸出;用控制電路和主斷出第一個搶答者，所設(shè)計的搶答器通常由數(shù)碼顯示、燈光、音響等多種手段指示第一搶答者。為了使這種不公平不發(fā)生，只能靠電子產(chǎn)品的高準(zhǔn)確性來保障搶答的公平性。八路數(shù)字搶答器是一個可供八個參賽組進行智持人開關(guān)啟動報警電路,以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能,構(gòu)成擴

15、展電路。</p><p>　　通過這次設(shè)計，掌握PLC單片機的原理，了解簡單多功能搶答器組成原理，初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設(shè)計與裝配、調(diào)試，提高自己的動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，建立單片機理論和實踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法。提高動手能力和排除故

16、障的能力。</p><p>　　1 設(shè)計目的與要求 </p><p><b>　　1.1 設(shè)計目的</b></p><p>　　搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機和數(shù)字

17、集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。從而使競賽真正達(dá)到公正、公平、公開。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　1）搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕SB0 ~ SB7表示。</p><p>　　2）設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)REST/

18、START，該開關(guān)由主持人控制。</p><p>　　3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　4）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如2秒），當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。</p>

19、<p>　　5）參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)紅燈變亮并禁止搶答。</p><p><b>　　2 硬件電路設(shè)計</b></p><p>　　2.1搶答器整體功能的介紹 </p>

20、<p>　　隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已擴展到所有的控制領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一需求，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)必須具有極高的靈活性和可靠性，可編程控制器就順應(yīng)而生。   </p><p>　　而實用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)校、工廠、軍

21、隊還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答器絕大多數(shù)是早期設(shè)計的，只具有搶答鎖定功能的一個電路，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品，這部分搶答器已相當(dāng)成熟。而現(xiàn)在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）復(fù)位、報警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單(有的甚至

22、沒有顯示電路)，無法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級換代。本設(shè)計要求就是利用PLC作為核心部件進行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達(dá)到公正、公平、公開。</p><p>　　2.2 PLC機型選擇步驟與原則</p><p>　　PLC機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（

23、維修量較?。┑膱龊?，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求。而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布

24、式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。</p><p>　　(一) 合理的結(jié)構(gòu)型式</p><p>　　PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　　整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類

25、等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。</p><p>　　(二) 安裝方式的選擇</p><p>　　PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。</p><p>　　集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，

26、但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。</p><p>　　(三) 相應(yīng)的功能要求</p><p>　　一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。</p><p>　　對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)

27、，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。</p><p>　　對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。</p><p>　　(四) 響應(yīng)速度要求</p><p>　　PLC是為工

28、業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。</p><p>　　(五) 系統(tǒng)可靠性的要求</p><p>　　對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)

29、考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。</p><p>　　(六) 機型盡量統(tǒng)一</p><p>　　一個企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：</p><p>　?。?機型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。</p><p>　?。?機型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。<

30、;/p><p>　?。?機型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。</p><p>　　PLC的容量包括I/O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。</p><p>　　(一) I/O點數(shù)的選擇</p><p>　　PLC平均的I/O點的價格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點的數(shù)量，在滿足控制

31、要求的前提下力爭使用的I/O點最少，但必須留有一定的裕量。</p><p>　　通常I/O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10％~15％的裕量來確定。</p><p>　　(二) 存儲容量的選擇</p><p>　　用戶程序所需的存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學(xué)者，在完

32、成同一復(fù)雜功能時，其程序量可能相差25％之多，所以對于初學(xué)者應(yīng)該在存儲容量估算時多留裕量。</p><p>　　PLC的I/O點數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I/O點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加20％~30％的裕量。</p><p>　　存儲容量（字節(jié)）＝開關(guān)量I/O點數(shù)×10 ＋ 模擬量I/O通道數(shù)×100</p>

33、<p>　　另外，在存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。</p><p>　　2.3 控制要求分析 當(dāng)主持人打開啟動開關(guān)后，在設(shè)定時間TO 內(nèi)，如果某組搶先按下?lián)尨鸢粹o，則驅(qū)動音效電路發(fā)出聲響，并且在8段數(shù)碼管顯示器上顯示出搶答成功的組號，此時電路實現(xiàn)互鎖，其他組再按下?lián)尨鸢粹o為無效。</p

34、><p>　　在搶答成功后，定時器停止工作,顯示器顯示選手的編號和搶答的時間,主持人打開開關(guān)S，系統(tǒng)清零。</p><p>　　3 軟件設(shè)計 </p><p><b>　　3.1 I/O分配</b></p><p><b>　　I/O分配表</b></p><p&

35、gt;<b>　　3.2 外部接線圖</b></p><p>　　SF </p><p><b>　　HR1</b></p><p>　　SF0

36、 HR2</p><p>　　SF1 HL1</p><p>　　SF2 HL2</p><p>　　SF3 HL3<

37、;/p><p>　　SF4 HL4</p><p>　　SF5 HL5</p><p>　　SF6 HL6</p>

38、<p>　　SF7 HL7</p><p><b>　　HL8</b></p><p><b>　　外部接線圖</b></p><p>　　3.3 根據(jù)控制要求進行梯形圖設(shè)計</p><p>　?。╔00

39、0，X001，X002，X003，X004，X005，X006，X007分別為一號選手至八號選手的搶答按鈕，當(dāng)主持人按下啟動按鈕SF，即X010常開觸點閉合，定時器T37開始定時，2S內(nèi)如果八組選手中有任意選手按下其搶答按鈕，定時器T37會隨之清零，2S內(nèi)如果八組選手中沒有一組選手按下其搶答按鈕，定時器T37常開觸點將會閉合，常閉出點將會斷開，紅燈亮，此時八組選手中將沒有一組可以搶答，當(dāng)主持人斷開開關(guān)SF時，系統(tǒng)將會清零（清零段見后圖）

40、）</p><p>　　(M20，M21，M22，M23，M24，M25，M26，M27分別為各編程元件，當(dāng)有一個選手按下其搶答按鈕，其他的選手即使按下其搶答按鈕，其對應(yīng)的編程元件會形成互鎖，輸出不會響應(yīng)，搶答無效，且此時輸出元件會的常開觸點會隨之閉合，形成自保持)</p><p>　　(M0，M1，M2，M3，M4，M5，M6，M7分別為各選手的指示燈，優(yōu)先搶答者對應(yīng)的梯形圖中編程元件常

41、開觸點閉合，優(yōu)先搶答選手指示燈亮，直到定時器T2定時時間到，定時器常開觸點閉合，常閉觸點斷開，選手指示燈不亮）</p><p>　?。ó?dāng)有點選手按下其搶答按鈕后，定時器T0會隨之定時，60S后其常開觸點閉合，黃燈亮，選手停止答題）</p><p>　　3.4程序的下載、安裝和調(diào)試</p><p>　　通過可編程序控制器以及可編程序控制器試驗箱對程序進行調(diào)試。<

42、/p><p>　　首先打開可編程序控制器以及可編程序控制器試驗箱，輸入源程序。然后選擇運行檔位使其運行，最后對其工作結(jié)果進行調(diào)試。</p><p>　　PLC內(nèi)部為輸入電路所提供的電壓，恰好可以直接驅(qū)動負(fù)載，滿足其輸出指標(biāo)，按接線圖接好線，證明PLC選型正確，器件的選擇符合要求。</p><p>　　在模擬調(diào)試合格的前提下，將PLC與現(xiàn)場設(shè)備連接?，F(xiàn)場調(diào)試前要全面檢查整

43、個PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設(shè)備連接線、I/O連線等。在保證整個硬件連接正確無誤的情況下才可送電。將PLC的工作方式置為“RUN”。反復(fù)調(diào)試，消除可能出現(xiàn)的問題。當(dāng)試運一定時間且系統(tǒng)運行正常后，可將程序固化在具有長久記憶功能的存儲器中，做好備份。</p><p>　　全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。</p>

44、<p>　　將設(shè)計好的程序下載到PLC主單元中。由外接信號源加入測試信號，可用按鈕或小開關(guān)模擬輸入信號，用指示燈模擬負(fù)載，通過各種指示燈的亮暗情況了解程序運行的情況，觀察輸入/輸出之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合設(shè)計要求，并及時修改和調(diào)整程序，直到滿足設(shè)計要求為止。</p><p>　　4 課程設(shè)計總結(jié) </p><p>　　通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具

45、體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。</p><p>　　在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館和電腦成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會

46、使我們受益非淺。</p><p>　　在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。同時通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在PLC的基本原理、PLC應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了

47、一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　同時要感謝指導(dǎo)老師的耐心細(xì)致教育，使我們認(rèn)識到電子信息時代對我們的要求，以及培養(yǎng)我們一些在課堂上所學(xué)習(xí)不到的東西，使我們受益匪淺。</p><p><b>　　5 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、《電氣控制與PLC》案例教程，胡漢文，張鑫主編</p>

48、<p>　　2、《PLC應(yīng)用技術(shù)》， 弭洪濤主編</p><p>　　3、《可編程控制器原理與實踐教程》，王整風(fēng)，謝云敏主編 </p><p>　　4、謝克明、夏路易、可編程控制器原理與程序設(shè)計 [M] .北京：電子工業(yè)出版社，2005.1-20.5、鄭成、現(xiàn)代可編程序控制器原理及應(yīng)用[M]、北京：科學(xué)出版社，1999.6、 江秀漢、可編程序控制原理及應(yīng)用[M]、